JPH1073886A - スクリーンおよびこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広視野角かつカラーシフト除去機能をもつと
ともにメインテナンスが容易である、高精細画像表示用
スクリーンとしての実用に供し得るスクリーンおよびこ
れを用いた投射型表示装置を実現する。 【解決手段】 透明な板の光入射面に該透明な板よりも
屈折率の大きな円柱レンズがその母線と直交する方向に
並べて埋め込まれた構成を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプロジェクション方
式の画像表示装置に用いられるスクリーンに関するもの
であり、特に、スクリーンおよび上記スクリーンを用い
た投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１および図１２は、それぞれ従来よ
り用いられている投写型表示装置を示した斜視図および
側面図である。また図１３は、該表示装置の光学配置を
平面展開したものである。

【０００３】図１１および図１２に示すように、３個の
ＣＲＴ１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂの管面上に表示さ
れる赤，緑，青画像光は、３個の投写レンズ１１２Ｒ，
１１２Ｇ，１１２Ｂおよび折返しミラー１１３を介して
拡大投影され、透過型のスクリーン１１４上に赤・緑・
青色光の合成されたカラー画像が表示される。

【０００４】該スクリーン１１４は、図１３に示すよう
に各投写レンズ１１２Ｒ，１１２Ｇ，１１２Ｂからの光
を観察者側に向ける機能を持つフレネルレンズ板１１４
ａと光を拡散させて視野角を拡げる機能をもつレンチキ
ュラーレンズ板１１４ｂからなる。

【０００５】本構成の表示装置においては、画面上の任
意の着目点αに達する光α_R，α_G，α_Bは角度ε（以後
「集中角」と呼ぶ）を以って入射する。したがって、レ
ンチキュラーレンズ板１１４ｂにより拡散された光
β_R，β_G，β_Bは、最も強い光の方向γ_R，γ_G，γ_Bがそ
れぞれ異なるため、観察する方向によって色が変化して
みえるカラーシフトという現象が生じ、画像劣化の原因
となる。

【０００６】該カラーシフト除去機能をもつレンチキュ
ラーレンズ板として、特開昭５８−１３４６２７号公報
に示されるような入射面と出射面の形状を非球面とし
て、その両非球面の屈折効果によりカラーシフトを除去
する方式がある。

【０００７】図１４は上記公報に記載されたものの基本
構成を示す図である。

【０００８】レンチキュラーレンズ板は、楕円形状ある
いは楕円形状に近い非球面形状からなる入射面１４１と
入射面で屈折された光線の集束する領域に配置された正
のパワーを持つ非球面形状の出射面１４２からなる両面
レンチキュラーレンズである。該入射楕円面１４１はそ
の離心率ｅを媒質の屈折率ｎに対して適切な値（ｅ＝１
／ｎ）とすることにより球面収差が零となり、図１３の
緑光用投写レンズ１１２Ｇの如くその瞳中心光線（以後
「主光線」と呼ぶ）のレンチキュラーレンズ板への入射
画角が零の場合、入射面１４１で屈折された光線は１点
に収束するものとされ、その収束点あるいは近傍に出射
面１４２が配されている。一方、入射画角が零でない
赤，青用の投写レンズ１１２Ｒ，１１２Ｂからの主光線
は、コマ収差が発生するため、出射面上の１点には収束
しない。

【０００９】カラーシフトを除去する機構としては該コ
マ収差による出射面への入射位置ずれを利用する。すな
わち、投写レンズ１１２Ｇの主光線が観察者側に発散す
る輝度分布と一致するように、出射面１４２上の各点に
入射する投写レンズ１１２Ｒ，１１２Ｂの主光線の屈折
角を調節する。出射面１４２上の各点に於て、上記屈折
角に対応するように面の方位を決め、それを滑らかに結
ぶことによって出射面形状が決定される。

【００１０】図１５は、上記のカラーシフト除去の原理
をテレセントリック光学系に置き換えて説明するための
概略図である。

【００１１】図１５はコンデンサーレンズ１５２の焦点
位置に絞り１５１をおいたものであるが、ここに等しい
強度をもった３色Ｒ，Ｇ，Ｂの光線が異なった入射角で
入射された場合、これらの各出射光線は強度、方向とも
同じ光線として出射され、つまりカラーシフトが除去さ
れたことになる。

【００１２】以上の方法により、カラーシフトが除去さ
れる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記レンチキュラーレ
ンズは、視野角を拡げるためには入射面の有効幅を拡げ
る必要がある。したがって、広視野角にする程、レンチ
キュラーレンズのピッチに対する入射面・出射面間距離
（板厚）が相対的に小さくなる。例えば、視野角（半値
幅）４０゜を得るためにはレンチキュラーレンズの板厚
はレンチキュラーレンズのピッチ程度まで薄くしなけれ
ばならない。

【００１４】以上のことは、ＨＤＴＶの如き高精細画像
表示用スクリーンとしては（水平解像度１０００本、画
面サイズ４０インチ（アスペクト比９：１６）に対して
レンチキュラーレンズのピッチ０．４ｍｍが必要）、非
常に薄い板厚のレンチキュラーレンズが必要となり、機
械的強度の不足を招く。

【００１５】本発明は、広視野角を有し、かつ、所望の
機械的強度が得られるスクリーンおよびこれを用いた投
写型表示装置を実現することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明のスクリーンは、
透明な板の光入射面に該透明な板よりも屈折率の大きな
円柱レンズがその母線と直交する方向に並べて埋め込ま
れた構成を有することを特徴とする。

【００１７】本発明の他の形態によるスクリーンは、透
明な板の光入射面に該透明な板よりも屈折率の大きな球
レンズが複数個埋め込まれた構成を有することを特徴と
する。

【００１８】上記のいずれにおいても、前記レンズは敷
き詰められて埋め込まれていることとしてもよい。

【００１９】また、前記レンズはその光出射側が部分的
に埋め込まれていることとしてもよい。

【００２０】さらに、前記透明な板の光出射面の画像光
が通過しない領域に光吸収手段を配してもよい。

【００２１】本発明のスクリーンは上記のように構成さ
れたスクリーンと、該スクリーン上に画像形成装置によ
り形成された画像を拡大して投写する投写レンズとを有
する。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１および図２は、それぞれ本発
明の投写型表示装置の参考例の構成を示した斜視図およ
び側面図である。また図３は、該投写型表示装置の光学
配置を平面展開したものである。

【００２３】図１、図２に示すように、３個のＣＲＴ１
Ｒ，１Ｇ，１Ｂの管面上に表示された赤，緑，青画像光
は、投写レンズ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂおよび折返しミラー３
を介して拡大投写され、透過型スクリーン４上に赤・緑
・青色光の合成されたカラー画像が表示される。

【００２４】該スクリーン４は、図３に示すように、各
投写レンズ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂからの光を観察者側に向け
る機能を持つフレネルレンズ板４ａと光を発散させ視野
角を拡げる機能をもつレンチキュラーレンズ板４ｂから
なる。

【００２５】本構成の表示装置においては、画面上の任
意の着目点αに達する光α_R，α_G，α_Bは角度ε（以後
集中角と呼ぶ）を以って入射する。例えば、対角画面サ
イズ７インチ（アスペクト比３：４）のＣＲＴ３管１
Ｒ，１Ｇ，１Ｂを並置した場合、各投写レンズ２Ｒ，２
Ｇ，２Ｂの瞳中心間隔は約１５０ｍｍである。したがっ
て投写距離８００ｍｍの場合、（対角表示画面サイズ４
０インチに於て投写レンズの最大画角約３３度）、画面
中心部での集中角εは約１０度となる。

【００２６】図４はスクリーン４の構成を詳細に説明す
るための上面図である。

【００２７】スクリーン４を構成するフレネルレンズ板
４ａは、平面からなる入射面４１、フレネルレンズ面か
らなる出射面４２から構成されている。該フレネルレン
ズ板４ａの焦点距離は各投写レンズ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと
スクリーン４との間の距離にほぼ等しく、各投写レンズ
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂから画面全体に拡がってくる各光束の
それぞれをレンチキュラーレンズ４ｂの光軸にほぼ平行
なものに偏向する。フレネルレンズ板４ａはアクリルあ
るいはポリカーボネート等の光学用プラスチック部材か
ら形成される。

【００２８】図４中のレンチキュラーレンズ板４ｂは、
図１４に示した従来の入射面１４１と同様に正のパワー
の屈折作用が生じる非球面形状からなり、第１のレンズ
構造とされる入射面４３と、該入射面４３で屈折された
光線が集光する領域に配置され、周辺部材より高屈折率
の均質媒質からなり、レンチキュラーレンズ板４ｂと同
一の光軸に対して正のパワーの屈折作用が生じる第２の
レンズ構造である円柱状のコア部４４と、平坦な面であ
る出射面４５から構成されている。フレネルレンズ板４
ａで偏向された光束は、画面上全域について緑用投写レ
ンズ２Ｇからの主光線が上記光軸とほぼ平行して、赤・
青用の投写レンズ２Ｒ，２Ｂからの主光線が光軸に斜め
の方向（すなわち集中角を以って）からレンチキュラー
レンズ４ｂに入射する。

【００２９】図５は、レンチキュラーレンズ４ｂの構成
を説明するための部分拡大図であり、各投写レンズ２
Ｒ，２Ｇ，２Ｂからの主光線α_R，α_G，α_Bの１光路図
を示したものである。

【００３０】まず、光軸に平行な緑光α_Gに着目する
と、入射面４３で屈折され、さらにコア部４４の界面４
４ａ，４４ｂで屈折され、最後に出射面４５で屈折され
て出射される。上記４つの屈折面はすべて、入射光を光
軸方向に曲げる偏向作用を持っており、この４面の作用
によって広視野角なスクリーンとなる。特に、従来例で
示した両面レンチキュラーレンズに比べ屈折力を分散さ
せることが出来るので、広視野角化のために屈折面を無
理なく構成できる。

【００３１】次に、本参考例におけるカラーシフト除去
機構について説明する。

【００３２】レンチキュラーレンズ４ｂにおいて、隣接
する入射面４３の接合点４３ａ，４３ｂを含む面がレン
ズ単位の絞り位置となる。この絞り位置は、コア部４４
（レンズ）の焦点位置と一致している。各光線α_R，
α_G，α_Bは入射光線の延長線が絞り面上の１点 を通る
ように選択した。光線α_R，α_G，α_Bは、高屈折率コア
部の入射側の界面４４ａに対して、α_R，α_G，α_Bの順
でその入射角が大きくなっており、その偏角もα_R，
α_G，α_Bの順で大きくなる。したがって、α_R，α_G，α
_Bの進行方向の差は小さくなる。出射側の界面４４ｂに
ついても同様の効果を有しており、高屈折率コア部の界
面４４ａ，４４ｂの作用で３色の光線の進行方向を平行
にすることが可能となる。以上の効果は絞り面上の全て
の点を通る光線について成立する。したがって、出射光
線の視野角分布は３色互いに一致してカラーシフトが除
去される。

【００３３】以上述べたカラーシフト除去機構を原理的
に説明しておく。

【００３４】図６に示すように、凸レンズ６１の焦点位
置に絞り６２を置いたテレセントリックな光学配置では
絞り６２上の１点に角度を以って入射する光束β₁，
β₂，β ₃は凸レンズ６１の作用により互いに平行に出射
される。絞り上の軸外の点γ₁，γ₂，γ₃についても同
様のことが言える。本発明のレンチキュラーレンズ板４
ｂにおいては隣接する入射面４３の接合点４３ａ，４３
ｂを結ぶ面が上記絞り面６２に対応し、高屈折率コア部
４４が凸レンズ６１に対応している。

【００３５】該レンチキュラーレンズ板４ｂの部材とし
ては例えば高屈折率コア部を除いた部分を屈折率約１．
５のアクリル部材、高屈折率コア部を屈折率約１．６の
ポリカーボネート部材で構成することができる。部材に
ついてはこれに限定されないことは言うまでもない。
（プラスチックにも限定しない。） レンチキュラーレンズ板４ｂの製法としては、たとえば
図７に示すように第１部材７１、第２部材７２、コア部
４４の３つからレンチキュラーレンズ板４ｂが構成され
るものとし、これらを接着して製作する方法が考えられ
る。

【００３６】本発明のレンチキュラーレンズ板４ｂに於
て、出射面４５は平面なので、レンチキュラーレンズの
板厚に対応する出射面位置をどこに置いても光線に対す
る作用は変わらない。したがって、機械的強度十分な板
厚とすることができる。

【００３７】また、本参考例のスクリーン４は、入射面
が平面であるフレネルレンズ板４ａと出射面が平面であ
るレンチキュラーレンズ板４ｂとの組合せにより、メイ
ンテナンスが容易な両面平面のスクリーンが構成でき
る。

【００３８】図８は本発明の第２の参考例の要部構成を
示す図であり、図９は図８中の円柱状のコア部８２の中
心軸に対称な方向の屈折率分布を示す図である。

【００３９】本参考例においては、レンチキュラーレン
ズ８４ｂに埋設される円柱状のコア部８２を部分的に屈
折率が異なるように高屈折率の材料にて形成したもので
ある。該レンチキュラーレンズ８４ｂ以外の構成は図４
に示したものと同様であるため詳細な説明は省略する。

【００４０】レンチキュラーレンズ８４ｂは、屈折率
１．５のアクリル部材からなるクラッド部８１、中心屈
折率１．５５、周辺部屈折率１．５の屈折率分布型コア
部８２から構成されている。このような光学部材として
は例えばフタル酸ジアリルを重合したもの（ポリマー屈
折率１．５７）にフッ素系のモノマーを拡散させたもの
等を用いることができる。

【００４１】第１の参考例がコア部の界面のみで屈折作
用を持つのに対して、本参考例では屈折率が変化するよ
うに制御することによってコア部８２の中心部近傍を通
る光線に対して屈折効果を強めたり、あるいはコア部８
２の中間領域の屈折力を強める等して、均質媒質コアで
は十分に除去できないカラーシフトを防止することが可
能となる。

【００４２】図１０は本発明の実施例の要部構成を示す
上面図である。

【００４３】図中、１０１ａは平面状に形成された入射
面１０８とフレネルレンズ状に形成された出射面１０２
より構成されたフレネルレンズ板である。このフレネル
レンズ板１０１ａの焦点距離は、投写レンズからスクリ
ーンまでの距離にほぼ等しく、投写レンズから画面全体
に拡がる光束をほぼ平行に偏向する（平行光束にす
る）。１０１ｂはレンチキュラーレンズ板であり、入射
面側には屈折率分布型媒質の円柱状レンズ１０３が設け
られ、その出射面１０５は平坦に加工され、その間には
円柱状レンズ１０３の中心屈折率より低い屈折率の材料
にて形成されたクラッド部１０７が設けられている。フ
レネルレンズ板１０１ａにて、偏向されたＲ，Ｇ，Ｂの
各光束のうち、Ｇの主光線はレンチキュラーレンズ板１
０１ｂの光軸に平行に入射し、Ｒ，Ｂの各主光線はレン
チキュラーレンズ板１０１ｂの光軸に対して集中角をな
して入射する。

【００４４】本実施例における円柱状レンズ１０３の屈
折率分布は、円柱状レンズ１０３による屈折作用が第１
の参考例における入射面４３およびコア部４４（図５参
照）のものとなり、第１のレンズ構造と第２のレンズ構
造とを兼ねるように構成されている。このため、入射光
束であるＲ，Ｇ，Ｂ各光線は円柱状レンズ１０３の内部
の屈折率分布による屈折作用と出射面１０５の屈折率差
による屈折作用によって広い視野範囲にわたって拡散さ
れた適切な視野角が確保できる。

【００４５】次に本実施例におけるカラーシフト除去機
構について説明する。原理的には図６に示したテレセン
トリック光学系の原理と同じである。レンチキュラーレ
ンズ１０１ｂの入射面１０４は図６の絞り６２に対応
し、ほぼ界面１０６の焦点に位置する。定性的に説明す
ると以下のようになる。

【００４６】図１０中のＲ，Ｇ，Ｂの各光線は各々の主
光線の光路の一例を示している。

【００４７】Ｒ，Ｂ光がＧ光に対して集中角とをなして
入射面１０４に入射する。入射したＲ，Ｇ，Ｂ各光線
は、円柱状レンズ１０３内部に正のパワーを持つ屈折率
分布がつけられているため、各々の入射角に応じてＲ，
Ｇ，Ｂ各光線の進行方向の差が小さくなるように円柱状
レンズ１０３の内部で偏角が連続的に変化する。さら
に、界面１０６にて作用するパワーによってＲ，Ｇ，Ｂ
各光線は、界面１０６への入射角に応じて偏角が異なる
ものとなり、それぞれの進行方向が一致され、カラーシ
フトが除去される。

【００４８】なお、本実施例における屈折率分布型の円
柱状レンズ１０３のかわりに屈折率分布型の球をしきつ
めてもよく、この場合には入射されたＲ，Ｇ，Ｂ各光束
は上下左右に拡散され、さらに広い視野範囲に拡散され
る。

【００４９】なお、以上述べた実施例では製造の容易性
を考えて、レンチキュラーレンズのコア部の形状を円柱
状のものとして説明したが、該形状は光軸に対して対称
な曲面であればよく、形状を異なるものとすることによ
り、光線制御することの自由度を向上することができ
る。また、レンチキュラーレンズは下記のように形成し
ても当然よい。 （１）レンチキュラーレンズ出射面の画像光が通過しな
い領域に黒い縦縞等の吸収帯を部分的に形成する。 （２）レンチキュラーレンズの出射面をノングレア処理
（凹凸処理）する。 （３）レンチキュラーレンズの出射面を無反射処理す
る。

【００５０】レンチキュラーレンズの出射面が、（１）
のように吸収帯が部分的に形成された場合には、スクリ
ーン出射面での反射光が低減され、スクリーン内に外乱
光が入射することが防止されるため視認性が向上する。
（２）のようにノングレア処理された場合には、外乱光
が散乱されるため、視認性が向上する。（３）のように
無反射処理された場合には、出射光が出射面にて反射す
ることが防止され、フレネルレンズとの間にフレア光が
生じることが防止されるため、視認性が向上する。

【００５１】さらに、各参考例および実施例中のコア部
はレンチキュラーレンズと同一の光軸に対して収束作用
を有するものとして説明したが、入射光のスクリーンを
照射する位置に応じて、互いの各光軸をずらすことによ
り視認性がさらに向上することも予想され、このように
構成してもよい。

【００５２】また、各参考例および実施例においては第
１のレンズ構造をレンチキュラーレンズの入射面側に形
成するものとして説明したが、第１のレンズ構造をレン
チキュラーレンズの出射面側に形成し、その入射面を平
坦なものとして当然よい。

【００５３】以上説明した実施例のスクリーンは、以下
に記載するような効果を奏する。

【００５４】出射光が広角度に拡がったものとなり、ま
た、複数の光束が集中角をもって入射された場合にも、
各光束を平行化して出射することができる効果がある。
これらのことはレンチキュラーレンズの板厚に関らない
ものであるため、該レンチキュラーレンズの機械的な強
度を自由に設定することを可能とすることができる効果
がある。

【００５５】コア部における屈折角をコア部への入射角
に応じて異なるものとすることが可能となるため、上記
効果に加えてレンチキュラーレンズにおけるレンズ作用
の設計自由度を向上することができる効果がある。

【００５６】コア部が形成の容易な円柱状のものである
ため、上記各効果に加えて製造を容易なものとすること
ができる効果がある。

【００５７】上記各効果を備えることにより、広視野角
であり、カラーシフトも生じない高精細な画像を表示す
ることのできる投写型表示装置を実現することができる
効果がある。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、広視野角を有し、か
つ、所望の機械的強度が得られるスクリーンが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の参考例の構成を示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１の参考例の構成を示す側面図であ
る。

【図３】第１の参考例の光学的配置を平面展開した図で
ある。

【図４】図１中のスクリーン４の構成を詳細に説明する
ための上面図である。

【図５】図４中のレンチキュラーレンズ４ｂの構成を説
明するための部分拡大図である。

【図６】第１の参考例におけるカラーシフト除去機構を
説明するための光学的原理を示す図である。

【図７】図４中のレンチキュラーレンズ板４ｂの製法の
一例を説明するための図である。

【図８】本発明の第２の参考例の要部構成を示す図であ
る。

【図９】図７中のコア部７２の中心軸に対照な方向の屈
折率分布を示す図である。

【図１０】本発明の実施例の要部構成を示す上面図であ
る。

【図１１】従来例の構成を示す斜視図である。

【図１２】従来例の構成を示す側面図である。

【図１３】従来例の光学的配置を平面展開した図であ
る。

【図１４】従来のレンチキュラーレンズの基本構成を示
す図である。

【図１５】従来例の光学的な原理を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ ＣＲＴ ２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ 投写レンズ ３ 折返しミラー ４ スクリーン ４ａ，１０１ａ フレネルレンズ板 ４ｂ，８４ｂ，１０１ｂ レンチキュラーレンズ板 ４１，４３，１０２，１０５ 入射面 ４２，８２ 出射面 ４４，７２ コア部 ４３ａ，４３ｂ 接合点 ４４ａ，４４ｂ，１０６ 界面 ６１ 凸レンズ ６２ 絞り ７１ 第１部材 ７２ 第２部材 ８１，１０７ クラッド部 １０３ 円柱状レンズ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な板の光入射面に該透明な板よりも
   屈折率の大きな円柱レンズがその母線と直交する方向に
   並べて埋め込まれた構成を有することを特徴とするスク
   リーン。
2. 【請求項２】 透明な板の光入射面に該透明な板よりも
   屈折率の大きな球レンズが複数個埋め込まれた構成を有
   することを特徴とするスクリーン。
3. 【請求項３】 前記レンズは敷き詰められて埋め込まれ
   ていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   のスクリーン。
4. 【請求項４】 前記レンズはその光出射側が部分的に埋
   め込まれていることを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載のスクリーン。
5. 【請求項５】 前記透明な板の光出射面の画像光が通過
   しない領域に光吸収手段を配した特徴とする請求項１ま
   たは請求項２のスクリーン
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
   のスクリーンと、該スクリーン上に画像形成装置により
   形成された画像を拡大して投写する投写レンズとを有す
   る投写型表示装置。